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网络软件开发技术 —概念篇 西安交通大学 计算机教学实验中心 Internet 快速发展的因素（1） ● 1983年，TCP、IP协议研制成功 （Transmission Control Protocol）、 （Internet Protocol） ARPA的鲍勃?凯恩，斯坦福的温登?泽夫合作发明 ARPA网机全部采用TCP/IP；Internet 作为使 用TCP/IP协议连接的 各个网络的总称被正式采用Internet，是各网联结总称 ● 1985年， NSFNet 美国国家基金会资助建立，连接美5大超级计算中心的科技网 也得到军方的支持（NSFNet，MILNet） ● 1986年，多协议路由器 Cisco公司发明 ● 1984年， HTML 超文本置标语言 （HyperText Markup Languge） 日内瓦欧洲粒子物理实验室，Time Berners-Lee ● 1989年，制成功 （world wide web） 1991年公布 Internet 快速发展的因素（2） ● 1990年，电子邮件，FTP，消息组等Internet 应用受到人们的欢迎， TCP/IP协议在UNIX系统中的实现 更进一步推动了这一发展 ● 1993年，Mosaic开发成功 美国伊利诺依大学国家超级计算机中心开发成功了浏览工具 NCSA的青年科学家 Marc Andreeason Netscape 1994年 推出 Internet Explorer 1996年 ● 90年代， 网络的交换技术，ATM，GB以太网等技术的发展 ● 1995年， Java技术 SUN公司（James Cosling）， 网络程序设计语言、Write once run anywhere Applet 小程序、虚拟机、平台无关 人们称是一场“革命” ● 瘦客户机 手上电脑（HPC） ● Internet2， NGI(Next Generation Internet) 等的研究； ● Internet的商业化运做 因特网时代的到来 因特网的出现标志着网络时代的到来 因特网是全球性的网络 丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力 截止到2000年, Internet的规模为 网络数105（以数十万计）, 主机数107 （以数千万计）, 用户数108 （以数亿计） ，主干速率为2.5Gbit/s 美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是 主干网的速率比现在的因特网高1000倍 端到端的速率要达到100Mbit/s~10Gbit/s TCP/IP参考模型 OSI/RM太复杂，不实用 TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机之间的相互通信。 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。 TCP/IP定义五层协议的体系结构 TCP/IP协议族 网络互联的根本目标是隐藏所有底层网络硬件的细节，同时提供一般的通信服务。 TCP协议和IP协议是最具有代表性，是网络体系结构的关键之一。 TCP/IP是“黏合剂”，它实现了Internet的“一统天下”。事实上，TCP/IP是一个协议族，它是ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP等多个协议的集合。 传输层和网络层之间的关系 传输层为应用进程之间提供了逻辑通信，网络层则是为主机之间提供了逻辑通信 逻辑通信的含义是指：尽管通信实体之间并没有物理上直接进行连接，但是从实体上层的角度来看，它们之间就好像具有物理连接一样可以直接通信 传输层复用和分用 Internet的传输层协议包括TCP和UDP，它们都借助于端口（port）与上层的应用进程进行交互 端口是一个编号和与编号对应的软件数据结构 复用：应用层中不同进程的报文通过不同的端口向下交给传输层，再往下就共用网络层提供的服务 分用：当这些报文被网络传输到目的主机后，目的主机的传输层就使用其分用功能，通过不同的端口将报文分别交付到相应的应用进程 DNS域名系统是一种帮助人们在Internet上用名字来唯一标识自己的计算机，并保证主机名和IP地址一一对应的网络服务。DNS用于在主机名和IP地址间进行转换。 DNS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。 三个组成部分：域名空间、名字服务器、解析程序 域名服务器负责管理存放主机名和IP地址的数据库文件，以及域中的主机名和IP地址映射。域名服务器是一个分布式的系统 域名空间：分布式的、层次型（分级）的树形结构，VR彩票 VR彩票平台 游戏根没有名字，顶层域由组织域（如org、com、edu）和国家域（如cn）构成。在往下分还可分为若干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，如 域名服务DNS 根 INT CN MIL NET COM JP … … IBM intel eng www jack edu net xjtu www ftp 交大的Web服务器：DNS顶级域名 域名 含义 com 商业组织，比如HP，Sun，IBM公司等 edu 教育机构，比如U.C.Berkeley，Stanford University，MIT等 gov 政府部门，比如 NASA，the National Science Foundation mil 军队组织，比如 the U.S Army 和 Navy net 网络组织和ISP等 org 非商业组织 arpa 用于返向地址查询的 cn 居于国家代码的域名，cn 表示“中国” 顶级域名之下是二级域名。二级域名通常是由NIC授权给的其他单位或组织自己管理 的。一个拥有二级域名的单位可以根据自己的情况再将二级域名分为更低级的域名授权给 单位下面的部门管理。 DNS域名树的最下面的叶节点为单个的计算机。域名的级数通常不多于5个。 在DNS树中，每一个节点都用一个简单的字符串（不带点）标识。这样，在DNS域名空间的任何一台计算机都可以用从叶节点到根的节点标识，中间用点“.”相连接的字符串来标识： 叶节点名.三级域名.二级域名.顶级域名 DNS名字服务器：存放域树结构和主机信息的数据库。为减小查询流量负载，提高可靠性，DNS名字空间被划分成若干不交叉的区域（Zone），分别存放在该区域的DNS服务器中。 解析程序：从名字服务器中提取信息把主机域名翻译成IP地址。 解析过程为： 首先从本地Hosts文件查找。 没找到就向本地DNS名字服务器发出请求； 若本地DNS服务器也找不到，它就把请求发给顶层域名字服务器，然后由顶层域名字服务器把请求传递给相应子域的名字服务器。 最后由该名字服务器把域名对应的IP地址按相反的路径传递给发出请求的站点。 DNS查询举例 主机 要求 的IP 地址 1. 联系本地域名服务器, 0 2.如有必要0 会联系根域名服务器 3.如有必要根域名服务器会联系授权域名服务器, requesting host root name server authorititive name server local name server 0 1 2 3 4 5 6 * * 因特网概述 因特网？ 因特网是在TCP/IP协议基础上建立的国际互联网。它是“计算机网络的网络”，即将全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机网络互联在一起，形成一个世界范围的信息网络。 Internet的组成 成千上万个互相连接起来的计算机设备: 主机，端系统 PC机, 服务器 移动计算机, PDA 各种各样的网络软件 通信链路 光纤, 铜线, 无线电, 卫星 路由器：在网络上传递(转发)数据分组 协议：控制信息的发送接收 如TCP,IP,HTTP, FTP, PPP Internet的组成（续） 因特网: “由成千上万个网络连接起来的网络”-网络的网络 松散的层次结构 公用的因特网与私有的内联网 因特网的标准 RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force 网络结构 网络的边缘: 主机（端系统） 网络的核心: 路由器 由网络构成的网络 访问网络的物理介质: 通信链路 主机 主机 主机 主机 主机 路由器 通信链路 因特网的边缘 端系统 (主机): 在“网络的边界” 运行网络应用程序，如 WWW, email等 客户/服务器模型 客户发出请求, 接收服务器的服务 例如, WWW客户(浏览器)/ 服务器; email客户/服务器 peer-peer模型: 主机之间的交互完全对称 例如: Windows 98用户互相访问 什么是协议? 人际交流的协议: introductions “I have a question” “what’s the time?” … 说明发送的消息 … 说明接收到某消息后所应采取的行动 网络协议: 计算机之间 Internet中所有的通信活动都是由协议所控制 协议： 定义了网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取得动作 人的协议和网络协议之间的对比 Hi Hi Got the time? 2:00 TCP connection req. TCP connection reply. Get /index.htm file time 什么是协议? 网络体系结构 ?网络体系结构发展的背景——网络的状况 多种通信媒介——有线、无线、。。。 不同种类的设备——通用、专用、。。。 不同的操作系统——Unix、DOS、Windows、。。。 不同的应用环境——固定、移动、。。。 不同种类业务——分时、交互、实时、VR彩票 VR彩票平台 游戏。。。 宝贵的投资和积累——有形、无形、。。。 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏 它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。这种状态称为网络的异质性。 ?问题: 异质环境中任意两台计算机之间如何通信? 网络体系结构定义了一个框架，它使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求，它营造了一种“生存空间”——任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。——把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。 网络体系结构的几个基本概念 协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。(=语义+语法+规则)。 不同层具有各自不同的协议。 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同名层次。 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。 ? 协议是对等实体之间互相交流所使用的语言。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的 操作及下层对上层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻上层。 开放系统互联参考模型（OSI/RM） OSI/RM国际标准的正式文本是ISO 7498 OSI体系结构将网络的不同功能划分为7层 应用层Application 表示层Presentation 会话层session 传输层transport 物理层Physical 数据链路层Data Link 网络层Network 7 6 5 4 3 2 1 处理网络应用 数据表示 主机间通信 端到端的连接 寻址和最短路径 介质访问（接入） 二进制传输 OSI参考模型 应用层Application 传输层transport 数据链路层Data Link 网络层Network 5 4 3 2 1 物理层Physical TCP/IP与OSI参考模型的对应关系 应用层 表示层 会话层 传输层 物理层 数据链路层 网络层 7 6 5 4 3 2 1 OSI参考模型 应用层 传输层 网络接口 (数据链路层 +物理层) 网络层 TCP/IP概念层次 Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等 TCP/IP支持 所有标准的数据链路层和物理层协议 TCP/IP与应用层 应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。 文件传输 ●FTP、TFTP、NFS 电子邮件 ●SMTP、POP3 WWW应用 ●HTTP 远程登录 ●Telnet、rlogin 网络管理 ●SNMP 域名系统 ●DNS 应用层 传输层 网络层 物理层 数据链路层 应用层 传输层 网络接口 网际层 ●TCP ●UDP 传输层提供了两种传输协议 物理层 数据链路层 TCP/IP与网络层 网际层的主要协议——IP。本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。 网际层的PDU称为IP数据报； ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息的功能； ARP（Address Resolution Protocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址； RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。 ●IP ●ICMP ●ARP ●RARP TCP/IP网际层的四个主要协议 应用层 传输层 网际层 物理层 数据链路层 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。 数 据 协议头 发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。 数 据 数据封装 网络体系结构中每一层都要依靠下一层提供的服务。为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。 数据封装 数据 段头 数据 段头 数据 网络头 帧头 段头 数据 网络头 帧尾 数据 段 数据包 帧 比特 电脉冲 110 数据多层封装 封装 拆封 TCP头 应用层数据 应用层数据 TCP头 应用层数据 IP头 帧头 TCP头 应用层数据 IP头 帧尾 实际例子：TCP/IP协议的封装 应用层 传输层 网际层 数链层 IP地址 IP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址； IP地址是一个逻辑地址； IP是层次性地址：网络号+主机号 因特网上的IP地址具有全球唯一性； 32位，4个字节，常用点分的十进制标记法： 如1 记为 IP地址划分为五类：A-E类，常用的为A、B、C类 A类地址：允许27-2个网络，每个网络224-2个主机； B类地址：允许214个网络，每个网络216-2个主机； C类地址：允许221个网络，每个网络28-2个主机； IP地址分类 A类 B类 C类 0 0 0 1 1 1 7bits 24 bits 14 bits 16 bits 网络号 主机号 网络号 主机号 21bits 8bits 网络号 主机号 A类 ～ 55 B类 ～ 55 C类 ～ 55 地址范围 保留的IP地址 00...00 0000 ... 0000 11...11 1111 ... 1111 本机 本网中的主机 局域网中的广播 对指定网络的广播 回路 00...00 主 机 号 1111 ... 1111 网络号 127 任 意 值 以下这些IP地址具有特殊的含义: 一般来说，主机号部分为全“1 ”的IP地址保留用作广播地址； 主机号部分为全“0 ”的IP地址保留用作网络地址。 0000 ... 0000 网络号 网络地址
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